DE3006085A1 - Verfahren und vorrichtung zum dosieren von geschmolzenem material - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum dosieren von geschmolzenem materialInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Dosieren von geschmolzenem Material
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 11 und 12.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die insbesondere spezifischen
Problemen Rechnung tragen, die auftreten bei der Behandlung von Schmelzen bei Verfestigungs- und Verglasungsprozessen
von radioaktiven Materialien, insbesondere von flüssigen hochradioaktiven Abfällen (HLRLW).
Es versteht sich, daß die Schwierigkeiten und Gefahren,
die bei der Handhabung von Schmelzen aufgrund von Verfestigungs- und Verglasungsprozessen von flüssigen hochradioaktiven
Abfällen auftreten, hohe Anforderungen an die Verf fahren und Vorrichtungen stellen, die hierfür eingesetzt (
werden. Jedes Verfahren zur Handhabung solcher Schmelzen ; sollte daher so wenig mechanische Einrichtungen, die die
Gefahr eines ungenauen Arbeitens mit sich bringen, als möglich einsetzen, sollte ferner per Fernbedienung zu betätigen und
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—7—
zu warten sein und außerdem hinsichtlich der Genauigkeit
und Sicherheit so optimal als möglich ausgelegt sein.
Solche Verfahren sollten ferner so gestaltet sein, daß Vorkehrungen getroffen sind, durch die eine sofortige Unterbrechung
bzw. ein sofortiges Abschalten im Störungsfalle erfolgt. Die bisher entwickelten Verglasungsvorrichtungen zur
Verfestigung von flüssigen hochradioaktiven Abfällen sehen keinen kontinuierlichen Abfluß der Schmelze vor, sondern
eine diskontinuierliche Abgabe in Portionen von 2o bis 5o Litern pro Arbeitszyklus. Die Verglasungsvorrichtungen wurden
mit Kühlventilen ausgestattet, die am Boden der Verglasungsvorrichtungen angeordnet waren, oder die Dosiervorrichtungen
wurden entleert, indem die Schmelzvorrichtungen zu einer Seite hin gekippt wurden, um so ein Ausfließen der Schmelze
über einen überlauf auf die andere Seite zu ermöglichen.
Solche Techniken sind beschrieben in der Veröffentlichung "Techniques for the Solidification of High Lavel Wastes",
Technical Report SerlenNr. 176, IAEL, Wien 1977, und durch die Veröffentlichung von C.C.Chapman, H.T.Blair und W.F.
Bonner in "Experience with Waste Vitrification Systems at Battelle-Northwest", in Radioactive wastes from the nuclear
fuel cycle, AICHE Symposium Serien 154 Vol. 72, p. 151, 1976, herausgegeben von R.E.Tomlinson.
Diese bekannten Techniken sind aufwendig und störanfällig, denn bei der Herstellung von radioaktivem Glas sind Einrichtungen
mit einer sehr großen Zuverlässigkeit erforderlich,
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die während langer Betriebszeiten fernbedienbar ausgeführt
sein müssen.
Die notwendigerweise häufig erfolgende Betätigung eines Kühlventiles wirkt sich nachteilig auf die mechanische Stabilität
und Korrosionsbeständigkeit der Schmelzvorrichtung
aus
aus, die^einer sehr korrosionsbeständigen Legierung oder aus einem keramischen Material besteht. Häufige Temperaturwechsel in der Größenordnung von einigen hundert Grad C verursacht ein Brüchigwerden der Metallteile der Schmelzvorrichtung und/oder von Brüchen in den keramischen Teilen. Bin weiterer Nachteil dieser bekannten Systeme besteht darin, daß eine schnelle Sicherheitsabstellung nicht garantiert werden kann für den Fall, daß eine solche erforderlich wird, da das im Austrittsrohr verbleibende Glas eine nicht vernachlässigbare Wärmequelle darstellt und eine gewisse Zeit zur Abkühlung benötigt.
aus, die^einer sehr korrosionsbeständigen Legierung oder aus einem keramischen Material besteht. Häufige Temperaturwechsel in der Größenordnung von einigen hundert Grad C verursacht ein Brüchigwerden der Metallteile der Schmelzvorrichtung und/oder von Brüchen in den keramischen Teilen. Bin weiterer Nachteil dieser bekannten Systeme besteht darin, daß eine schnelle Sicherheitsabstellung nicht garantiert werden kann für den Fall, daß eine solche erforderlich wird, da das im Austrittsrohr verbleibende Glas eine nicht vernachlässigbare Wärmequelle darstellt und eine gewisse Zeit zur Abkühlung benötigt.
Die Kippmethode andererseits ergibt einen verzögerten
Ausfluß des Glases, bedingt durch das Volumen an Schmelze, das notwendig ist, um das Austrittsrohr 2U füllen.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen und
Ventile ist der, daß die kontinuierliche Abgabe großer Mengen in relativ kurzen Zeitabständen eine großvolumige Schmelzvorrichtung
erfordert. Es versteht sich, daß eine Joule'sch
erwärmte Schmelzvorrichtung lediglich teilweise durch die Dosiervorrichtungen entleert werden kann, die relativ klein
ausgebildet sind, verglichen mit dem gesamten Volumen der
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— 9 —
Schmelzvorrichtung, um eine stetige Aufheizung durch den
Joule Thomsen effect zu sichern. Eine stetige Entleerung einer Joule'sch erhitzten Schmelzvorrichtung würde andererseits
ein relativ kleines Volumen erforderlich .machen, da Letzteres lediglich durch die Standzelt bestimmt wird,
die benötigt wird für die Schmelzkapazität der Schmelzvorrichtung oder die Verdunstungs- oder Verdampfungskapazität,
wenn das in die Schmelzvorrichtung eingegebene Material eine wäßrige Lösung ist. Ein kleines Volumen für die Schmelzvorrichtung
ist von besonderem Vorteil in der Nukleartechnik, da die Demontage und der Pernaustausch der Anlage umso beschwerlicher
und aufwendiger wird, je größer die Abmessungen der Anlage sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs genannten
Art so zu verbessern, daß die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen vermieden
sind und daß insbesondere eine genaue Steuerung des Abgabestromes des geschmolzenen Materials aus einem Kessel erreicht
wird.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene
Erfindung gelöst.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vermeidet die Nachteile der bis zu diesem Tage
bekannten Techniken und bietet erhebliche Vorteile im Hinblick auf die sichere Handhabung eines Stromes aus geschmolzenem
Material, insbesondere von radioaktiven Schmelzen.
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BAD ORIGINAL
-1ο-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum regelbaren Abgeben von geschmolzenem Material aus einer
Schmelzvorrichtung oder einem Zwischenkessel, bei dem ein erster Strom aus der Schmelzvorrichtung oder dem Zwischenkessel
einem Überlaufsystem zugeführt wird, dessen Arbeitspegel mit Hilfe von Luftdruck in einer Verbindungskammer geregelt
wird, die dem überlaufsystem zugeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft insbesondere die Regelung der Strömung von geschmolzenem Material, das
aus einem ersten Überlauf einer Schmelzvorrichtung oder eines Zwischenkessels ausfließt, wobei die Strömung aus dem ersten
Überlauf einem weiteren Überlaufsystem zugeführt wird, das
wenigstens eine Austrittsdüse aufweist, wobei der Arbeitspegel dieses weiteren überlaufsystems pneumatisch regelbar
ist.
Diese fundamentalen Merkmale der Erfindung ermöglichen es, den Abgabestrom und die Strömungsgeschwindigkeit des
geschmolzenen Materials zu steuern bzw. zu regeln, indem der Gasdruck in der Druckkammer geregelt wird, die mit der
Überlaufkammer des Überlaufkesseis in Verbindung steht. Eine
solche pneumatische Regeleinrichtung gestattet in der Tat eine genaue und schnelle Steuerung und Regelung des Flüssigkeitspegels
von geschmolzenem Material im Bereich der Düse des Überlaufkessels, wodurch eine Erhöhung oder Verminderung
der Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Materials als Punktion der verfügbaren Menge des Materials am Einlaß der
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Überlaufdüse erreichbar ist; ein pulsierender Gasdruck in der Verbindungskammer während des Abgabe- bzw. Austragsvorganges
gestattet eine pseudo-kontinuierliche Abgabe von geschmolzenem Material in Form von aus geschmolzenem Material
bestehenden Glastropfen; derartige pneumatische Regelvorrichtungen gestatten ferner eine sehr schnelle Unterbrechung
des Austrage- bzw. Abgäbevorganges, da jedes nachfließende
Material aus dem ersten Auslaß der Schmelzvorrichtung oder des Zwischenkessels leicht vom Überlaufkessel absorbiert bzw.
aufgenommen werden kann, indem in entsprechender Weise auf den Druck in der Verbindungskammer eingewirkt wird.
Gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur geregelten Abgeben von geschmolzenem
Material über einen überlauf einer Schmelzvorrichtung oder eines Zwischenkessels vorgesehen, in—dem das geschmolzene
Material mit Hilfe eines pneumatischen Hubsystems in den Überlauf geleitet wird.
Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung gestattet einerseits die diskontxnuierlxche Abgabe in Portionen größerer
Volumina und andererseits die vollständige Entleerung des Produktionskessels für den Fall, daß ein solches Entleeren
gefordert werden sollte, indem ein pneumatisches Hubsystem eingesetzt wird, das ausreichend tief in den Produktionskessel
hineinragt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird bei dem Verfahren zum geregelten Abgeben von geschmolzenem Material der Strom des geschmolzenen Materials
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über einen ersten überlauf vermittels eines pneumatischen
Hubsystemes und das Ausströmen des geschmolzenen Materials aus dem ersten Überlauf mit Hilfe eines pneumatisch geregelten
Überlaufsystemes geregelt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann das pneumatische Hubsystem, das zur Steuerung und Regelung
des Materialschmelzflusses zum ersten überlauf vorgesehen
ist, ein Kanal- bzw. Rohrsystem aufweisen, das in das geschmolzene Material, das sich in der Schmelzvorrichtung oder
in dem Zwischenkessel befindet, eintaucht, und ferner eine Saugvorrichtung, die an dieses Kanal- oder Rohrsystem angeschlossen
ist.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das pneumatisch geregelte
überlaufsystem mit einer bewegbaren Hubvorrichtung ausgestattet,
die das System trägt und mit dem das System an, gegen oder unter den ersten Auslaß des Schmelz- oder Zwischenkessels
fahrbar ist, wodurch per Fernbedienung eine leichte Montage, Entfernung und ein leichter Ersatz des Überlaufsystems
ermöglicht wird.
Diese soeben beschriebene Ausführungsform der Erfindung
zeigt sehr deutlich ein sehr bedeutendes Merkmal und den großen Vorteil der vorliegenden Erfindung.
Während bei den Verglasungsvorrichtungen der bisher bekannten Art das Austrittsventil stets fest mit dem Boden der
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030036/0685
BAD ORIGINAL
Schmelzvorrichtung oder des Produktionskessels verbunden war, kann im Gegensatz dazu beim erfindungsgemäßen Verfahren und
der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Austritts-"Ventilsystem"*
das im wesentlichen aus dem pneumatisch geregelten Überlaufsystem besteht, völlig separat vom Produktionskessel angeordnet
sein.
Dies gestattet einen wesentlich leichteren und sichereren Ersatz und/oder eine wesentlich leichtere und sicherere Wartung
des "Ventilsystems", da Fernbedienungseinrichtungen in diesem Falle wesentlich einfacher einsetzbar sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden
Erfindung wird das pneumatisch geregelte Überlaufsystem in engen Kontakt mit den Außenwänden des Auslasses des
ersten üb_erlaufes gebracht, um so eine Regelung der Dampfentlüftung
und/oder der atmosphärischen Entlüftung um den ersten Auslaß und über das überlaufsystem zu ermöglichen.
Gemäß einem anderen äußerst zweckdienlichen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das pneumatisch geregelte Überlaufsystem
mit einer Heizvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Temperatur für das geschmolzene Material versehen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann es ferner sehr
zweckmäßig sein, das pneumatisch geregelte überlaufsystem
mit mehreren Austrittsdüsen zu versehen, die in aufeinanderfolgenden überlaufpegelhöhen angeordnet sind, um so unmittelbar
irgendwelchen Störungen oder Verstopfungen der Düsen zu begegnen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Regeln der Abgabe von geschmolzenem Material aus einer Schmelzvorrichtung
oder einem Zwischenkessel, wobei diese Vorrichtung einen Schmelzkessel öder einen Zwischenkessel für das geschmolzene
Material mit einem Auslaß und einer Überlaufeinheit aufweist, die unter dem Auslaß angeordnet ist und eine
Überlaufkammer mit wenigstens einer Austrittsdüse in Höhe des Überlaufpegels (der Überlaufpegel) und eine Druckkammer
aufweist, die mit einer Druckregelvorrichtung versehen ist und mit der Überlaufkammer in Verbindung steht.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist einen Schmelzkessel oder einen Zwischenkessel für geschmolzenes Material auf, der einen Überlaufauslaß
und eine pneumatische Hubanordnung aufweist, die ein Kanal- oder Rohrsystem umfaßt, das in den Kessel eintaucht
und zum oder in den Überlaufauslaß führt, und ferner eine
Saugvorrichtung, die an das Kanal- oder Rohrsystem angeschlossen ist, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine
Überlaufabgabeeinheit aufweist, die mit einer Heizvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Temperatur versehen
ist, ferner mit einer Überlaufkammer mit wenigstens einer
Austrittsdüse in Hohe des Überlaufpegels (der Überlaufpegel),
und eine Druckkammer, die mit einer Druckregelexnrichtung versehen ist und mit der Überlaufkammer in Verbindung steht,
wobei die Überlaufabgabeeinheit durch ein verfahrbares Hubgerät getragen wird, durch das die Einheit eng an den Schmelzoder
Zwischenkessel unter dem Überlaufauslaß heranfahrbar ist.
030036/0685 _15_
Bei einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung kann
der Überlaufkessel in vorteilhafter Weise mit mehreren Austrittsdüsen in aufeinanderfolgenden Höhen der Überlaufpegel
des Kessels versehen sein. Der Schmelzkessel oder der Zwischenkessel und der überlaufkessel bestehen vorzugsweise aus feuerfesten
und isolierenden Materialien.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Regelung der Abgabe von geschmolzenem Material vermeidet die eingangs beschriebenen Nachteile der bisher bekannten
Verglasungsvorriehtungen, gestattet die Abgabe bzw.
das Austragen von Schmelzportionen in einem weiten Größenbereich von etwa Tropfen- oder Perlengröße bis hin zu Volumina
von 1oo Liter und mehr, verhindert jegliche plötzliche oder graduelle Temperaturänderungen und vermeidet den Einsatz von
mechanischen oder bewegbaren Teilen, ermöglicht die sofortige Unterbrechung des Überlaufs, ohne daß eine beachtenswerte
Nachströmung der Schmelze auftritt, erlaubt die Verwendung geringer Volumina für den Schmelzkessel, ermöglicht eine kontinuierliche
oder diskontinuierliche Abgabe der Schmelze, stellt sicher, daß die Strömungsgeschwindigkeit an der Austrittsdüse
zu jeder Zeit der Strömungsgeschwindigkeit der der Schmelzvorrichtung zugeführten Materialien entspricht,
auch wenn die Zufuhrgeschwindigkeit sehr gering ist, und verringert
die Gefahr der Entstehung von Lecks in den Wänden der Anlage durch Verwendung einer Joule'sehen Erwärmung zwischen
der Abgabeeinheit und der Raffinierkammer bzw. der Über-
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laufkammer, wobei die Wände kalter sind als die Schmelze.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Verfahren mit der verbesserten Arbeitsweise und größeren Sicherheit beim Dosieren von geschmolzenem Material sind in
ihrem Einsatz nicht beschränkt auf radioaktive Schmelzen. Die vorliegende Erfindung kann ferner überall dort zum Einsatz
kommen, wo geschmolzene Materialien ausgetragen werden sollen und wo eine genaue Steuerung und Regelung des Schmelzflusses
erforderlich ist.
Die Erfindung soll nun anhand von in den beigefügten Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert
werden.
Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste
Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, die ausgelegt ist für eine kontinuierliche Abgabe der Schmelze in tropfenförmigen oder größeren Mengen,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Variante der Vorrichtung gemäß Fig. 1, bei der zusätzlich
eine diskontinuierliche Abgabe von Portionen veränderlicher Große möglich ist,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß Fig. 1 und 2, die so ausgelegt ist, daß zusätzlich ein Abgeben in
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größeren Portionen möglich ist oder sogar eine völlige Entleerung des
Produktionskessels,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, die so ausgelegt ist, daß sowohl eine kontinuierliche als auch diskontinuierliche Abgabe von
Schmelze möglich ist,
Fig.5-7 Querschnitte durch die Abgabe- bzw.
Fig.5-7 Querschnitte durch die Abgabe- bzw.
Austragseinheit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in verschiedenen Betriebszuständen,
Fig.8-1 ο Querschnitte durch die Abgabe- bzw. Austragsvorrichtung gemäß Fig. 2 in
verschiedenen Betriebszuständen.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist eine Schmelzkammer
und eine Raffinierkammer 2 auf, die beide aus einem feuerfesten Material 3, einem Isoliermaterial 4 und einem Stahlmantel
5 bestehen.
Die Vorrichtung weist ferner einen Einlaß 6 zum kontinuierlichen Zuführen von radioaktiven flüssigen oder festen
Abfällen und eines abgewogenen oder dosierten Stromes von glasbildenden Zusätzen auf sowie einen Auslaß 7 für Abgase.
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Die Schmelzkammer 1 ist vermittels eines elektrischen Widerstandes oder einer Joule'sehen Wärmevorrichtung (nicht
dargestellt) aufheizbar und vermittels einer keramischen Trennwand 8 von der Raffinierkammer 2 getrennt angeordnet,
wobei die keramische Trennwand 8 den Fluß von Krusten auf dem Glas aus der Schmelzkammer 1 in die Raffinierkammer 2
verhindern soll.
Die Glasschmelze, die in der Schmelzkammer 1 gebildet
wird, strömt in die Raffinierkammer 2 und fließt in einen
feuerfesten keramischen Überlauf 9.
Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Abgabe- oder Austragseinheit
1o, die einen überlaufkessel aus feuerfestem Material 3,
sowie Isoliermaterial 4 und einen Stahlmantel 5 aufweist. Die Abgabeeinheit 1o wird von einem Hubgerät 11 getragen, das die
Einheit 1o in Anlage am Boden des Schmelz- und Raffinierkessels
1, 2 hält.
Der feuerfeste keramische Überlauf 9 wird auf Joule'sehe
Welse erhitzt, indem eine Spannung zwischen der Glasschmelze
in der Abgabeeinheit und einer Elektrode (nicht gezeigt),die in der Glasschmelze nahe dem Eingang des ersten Überlaufs 9
angeordnet ist, angelegt wird.
Eine Kühlvorrichtung 12 kann zwischen der Abgabeeinheit
und dem Kessel 1,2 angeordnet werden.
Die Abgabe- bzw. Austrageeinheit 1o selbst weist eine
Druckkammer 13 auf, die mit der Überlaufkammer 14 der Abgabeeinheit
1o in Verbindung steht. Die Druckkammer 13 ist ring-
030036/0685 -19-
förmig ausgebildet und um den Auslaß 15 des Überlaufs 9 herum
angeordnet und an eine pneumatische Druckleitung 16 angeschlossen, über die die Druckkammer im Abgabebetrieb unter
leichtem Druck gehalten wird.
Die Schmelze in der Abgabeeinheit 1o wird für die Abgabe
vermittels einer elektrischen Heizvorrichtung 17 bei der gewünschten Viskosität gehalten. Die aus dem Überlauf 9 in die
Abgabeeinheit 1o strömende Schmelze verläßt schließlich die
Einheit über eine Austrittsdüse, die in Höhe des Überlaufpegels der Einheit 1o angeordnet ist.
In Abhängigkeit vom Pegel 19 der Schmelze in der Überlaufkammer 14, wobei der Pegel 19 durch den Schmelzpegel
in der Druckkammer 13 geregelt wird, wird die Schmelze über die Düse 18 entweder tropfenweise (Abgabemengen von 1 bis
To Liter Schmelze pro Stunde) oder als kontinuierlicher Strom (bei höheren Produktionsraten) abgegeben bzw. ausgetragen.
Wenn ein sehr schnelles oder sofortiges Unterbrechen des Abgabevorganges erforderlich wird, wird der überdruck
in der Kammer 13 abgelassen (und die Zufuhr zum Schmelzkessel 1 wird unterbrochen), wodurch bewirkt wird, daß der Pegel 19
der Schmelze in der Überlaufkammer 14 sofort abfällt. Jeder noch nachfolgende Strom aus dem Überlauf 9 in die Abgabeeinheit
1o wird dadurch im Abgabekessel.zurückgehalten, indem
der Pegel 2o der Schmelze in der Kammer 13 geregelt wird.
Bei einer anderen Ausfuhrungsform der Vorrichtung, die
in der Fig. 2 gezeigt ist, ist die Raffinierkammer 2 mit einer
-2o-
030036/0685
-2 ο-
metallischen oder keramischen Kappe 21 versehen, die den
überlauf 9 abdeckt und mit einem Druckrohr 22 versehen ist.
Durch Anwendung eines geringen Unterdruckes im Rohr 22 wird die Schmelze in der Kappe 21 und in dem Rohr 22 angesaugt.
Die Kappe 21 und der überlauf 9 wirken dadurch als eine pneumatische
Hubvorrichtung, wodurch bewirkt wird, daß die Schmelze durch Schwerkraft in die Abgabeeinheit 1o fließt. Die Strömungsgeschwindigkeit
der Schmelze wird durch den Unterdruck im Rohr 22 bestimmt. Ein schnelles Abstellen des Abgabevorganges
erfolgt durch Aufhebung des Unterdruckes im Rohr 22 und durch den überdruck in der Kammer 13.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 kann daher sowohl zum kontinuierlichen
Abgeben, wie zuvor in Verbindung mit Fig. 1 erläutert, eingesetzt werden, indem lediglich der überlauf 9
verwendet wird, oder zum diskontinuierlichen Abgeben in Portionen bis zu 25 Litern, indem die pneumatische Hubvorrichtung
21, 22 der Vorrichtung verwendet wird.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 weist ferner eine Entleerungsöffnung 23 im Boden der Schmelzkammer auf.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere Variante der Vorrichtungen nach den Fig. 1 und 2 und weist eine getrennte pneumatische
Hubvorrichtung 25 mit einem Saugrohr 26 und Rohren 27 auf, welche bis nahe zum Boden des Schmelz- und Raffinierkessels
1,2 reichen. Durch diese Ausbildung ist es möglich, größere Portionen durch über die pneumatische Hubvorrichtung 25, 26,
(bis zu 1oo Liter) diskontinuierlich auszutragen oder den
Kessel 1,2 fast vollständig zu entleeren, als auch eine
03003 6/0.6 8 S
-21-
kontinuierliche überlaufabgäbe durchzuführen entsprechend
der Vorrichtung nach Fig. 1, über den überlauf 9.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die Raffinierkammer
2, der überlauf 9 und die pneumatische Hubvorrichtung 21, 22 und 25, 26, 27 gemäß Fig. 2 und 3 ersetzt worden durch
einen keramischen Block, in dem Kanäle 3o, 31 für die Schmelze
ausgebildet sind und ein Saugrohr 32 angeordnet ist.
Diese Ausführungsform gestattet sowohl die kontinuierliche Abgabe der Schmelze, wie zuvor in Verbindung mit Fig.1
erklärt, indem lediglich die Anordnung der Kanäle 3o, 31 als Überlaufeinrichtung verwendet wird, oder die diskontinuierliche
Abgabe der Schmelze oder das Entleeren des Kessels 1, indem die Anordnung der Kanäle 3o, 31 und das Saugrohr 32
als pneumatische Hubvorrichtung eingesetzt werden.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner erläutert werden
unter Bezug auf die Fig. 5 bis 7 der beigefügten Zeichnung.
Wenn kein Primärstrom die Abgabeeinheit 1o über den
Überlauf 9 erreicht, stellt sich die Situation so dar, wie sie in der Fig. 5 dargestellt ist, bei der kein Druck der
Kammer 13 zugeführt ist. Der Pegel 19 der Schmelze in der Überlaufkammer 14 und der Pegel 2o der Schmelze in der Verbindungskammer
13 sind gleich und liegen unterhalb des Überlaufpegels 3o der Abgabeeinheit 1o.
Sobald Schmelze der Abgabeeinheit 1o zugeführt wird über den überlauf 9, steigt der Pegel der flüssigen Schmelze
030036/0685
bis zum Überlaufpegel 3o an (wie in der Fig. 6 gezeigt ist),
und zwar auch unter dem Einfluß eines Überdruckes auf die Schmelze in der Verbindungskammer 13.
Durch Regulierung dieses Überdruckes in der Kammer 13 als Funktion der unregelmäßigen Zuströmung vom überlauf 9,
ist es möglich, eine sehr gleichmäßige tropfenweise Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze über die Austrittsdüse 18 zu erhalten.
Wenn die Abgabe unterbrochen werden soll, wird der Überdruck in der Kammer 13 abgelassen, und der Pegel 19 der
Schmelze der überlaufkammer 14 fällt momentan unter den Überlaufpegel
3o (wie in der Fig. 7 gezeigt ist). Der abgesenkte Pegel in der Abgabeeinheit 1o erlaubt die Aufnahme noch nachfließender
Schmelze, die in den Kessel aus dem Überlauf 9 gelangt, auch nach dem Abstellen des Speisestromes zum Produktionskessel
1, 2.
Die Arbeitsweise beim diskontinuierlichen Betrieb kann ferner erläutert werden unter Bezug auf die Fig. 8 bis 1o
der beigefügten Zeichnung.
Wenn der Pegel 31 der flüssigen Schmelze in dem Produktionskessel 1, 2 niedriger ist als der Einlaß der Überlaufs 9,
und wenn keine Saugwirkung über das Saugrohr 22 erfolgt, stellt sich die Situation so dar, wie sie in der Fig. 8 gezeigt ist.
Es erreicht kein Primärstrom die Abgabeeinheit 1o.
Sobald Unterdruck im Saugrohr 22 eingesetzt wird, steigt der Pegel der flüssigen Schmelze in der Kappe 21, wodurch
die Anordnung aus Kappe 21 und überlauf 9 als pneumatische
Hubeinrichtung wirkt (wie in der Fig. 9 gezeigt ist).
030036/0685 -23-
Es wird dann auch ein überdruck in der Kammer 13 erzeugt
und dementsprechend steigt der Pegel 19 der flüssigen Schmelze in der Überlaufkammer 14 über den Pegel 3o des Überlaufs
an. Die gesamte Menge der Schmelze, die in den Überlauf9
angehoben worden ist mit Hilfe des Unterdrucks im Rohr 22, wird auf diese Weise über die Austrittsdüse 18 ausgetragen.
Wenn der Abgabevorgang unterbrochen werden soll, wird die Saugwirkung im Saugrohr 22 unter Überdruck in der Verbindungskammer
13 abgestellt, wodurch der Pegel 19 der Schmelze in der Überlaufkammer 14 momentan unter den überlaufpegel
3o fällt (wie in der Fig. 1o gezeigt ist).
Die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sollen nun anhand der nachfolgenden
Beispiele erläutert werden.
Die Schmelzvorrichtung gemäß Flg. 1 wird kontinuierlich mit einer Mischung aus festen glasbildenden Zusätzen und
festen kalzinierten flüssigen hochradioaktiven Abfällen gespeist. Bei Zufuhrgeschwindigkeiten bis zu 1o kg/h tropft
Glasschmelze aus der Düse 18 auf eine rotierende Platte aus nichtrostendem Stahl, wie bei dem im britischen Patent Nr.
1 446 o16 beschriebenen Verfahren, auf das hiermit Bezug genommen wird.
Nach der Verfestigung durch natürliche Kühlung werden die gebildeten Glasperlen vermittels Druckluft von der Scheibe
weggeblasen. Die Glasperlenerzeugung kann dadurch unterbrochen
O3QÖ36/Q685 ~24~
werden, daß der Überdruck in der Kammer 13 aufgehoben und die Zufuhr zur Schmelzvorrichtung 1 unterbrochen wird.
Die in der Fig. 1 gezeigte Vorrichtung kann auch dazu verwendet werden, Glaskugeln mit einem Durchmesser von 1
bis 2 cm zu erzeugen. Die Schmelzvorrichtung 1 wird dazu wie im Beispiel 1 gespeist. Durch Erzeugung eines Überdruckes
in der Kammer 13 in festen Zeitabständen (Pulsbetrieb) können
Glasvolumina von 2 bis 5 cm erhalten werden. Glaskugeln können aus diesen Portionen gemacht werden, wenn diese auf zwei
gegeneinander rotierende Zylinder fallen, die parallel zueinander ausgerichtet sind und kontinuierlich mit Hilfe eines
Kühlmittels benetzt werden. Die zum Teil abgekühlten Glaskugeln fließen unter der Schwerkraft innerhalb einer umlaufenden Trommel,
die kontinuierlich mit Ruß ausgegossen wird und leicht geneigt angeordnet ist, wodurch ein kontinuierliches Austragen
durch Schwerkraft erfolgt.
Die in der Fig. 2 gezeigte Vorrichtung kann ebenfalls
für einen diskontinuierlichen Abgabebetrieb verwendet werden wegen des Vorhandenseins der Kappe 21. Die Schmelzvorrichtung
1 wird mit flüssigen oder festen hochradioaktiven Abfallprodukten beschickt, die mit glasbildenden Zusätzen vermischt
sind. Ein diskontinuierliches Austragen aus dem Ofen in Portionen von etwa 25 Litern erfolgt dadurch, daß ein
leichter Unterdruck im Rohr 22 erzeugt wird. Das Abgeben
-25-
030036/0885
oder Austragen wird unterbrochen durch Abstellen des Unterdrucks im Rohr 22. Ein sofortiges vollständiges Stoppen des
Glasstromes wird durch Beendigung sowohl des Unterdruckes im Rohr 22 als auch des Überdruckes in der Kammer 13 erhalten.
Beispiel 4
Die Form und Ausführung der Kappe 21, die in der Fig. 2
dargestellt ist, ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zu einer pneumatischen Hubanordnung 25 modifiziert
worden. Glasperlenproduktion ist möglich auf die gleiche Art und Weise wie im Beispiel 1 beschrieben. Glaskugeln von
2 bis 5 ml Volumen können dadurch erzeugt werden, daß das Verfahren gemäß Beispiel 2 angewandt wird. Glasblöcke mit
einem Volumen bis zu 1oo Litern können erzeugt werden durch Anwendung des Verfahrens gemäß Beispiel 3.
Der Überlauf 9 und die Kappe 21, die in der Fig. 2 dargestellt
sind, werden ersetzt durch einen Keramikblock (Typ ZAC 1681 RT), in dem Kanäle für die Schmelze, wie in der
Fig. 4 dargestellt ist, ausgebildet sind. Unterdruck wird eingeführt über das Rohr 32. Glasperlen werden erzeugt durch
das Verfahren gemäß Beispiel 1. Glaskugeln von. 2 bis 5 ml
Größe werden durch das im Beispiel 2 beschriebene Verfahren erzeugt. Glasblöcke bis zu 1oo Litern können durch das in
Beispiel 3 gegebene Verfahren erzeugt werden.
Damit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Regeln bzw. Steuern des Austrags
030036/0685 -26~
bzw. der Abgabe von geschmolzenem Material aus einer
Schmelzvorrichtung oder einem Zwischenkessel, aus dem
ein primärer Schmelzfluß einem Überlaufsystem 14, 18 zugeführt
wird, dessen Arbeitspegel mit Hilfe von Luftdruck in einer Verbindungskammer 13 regelbar ist, die dem Überlaufsystem
zugeordnet ist. Geschmolzenes Material ist in einen ersten überlauf 9 mit Hilfe einer pneumatischen Liftanordnung
21, 22 überführbar.
030036/0685
Le
Claims (14)
1. Verfahren zur regelbaren Abgabe (Dosieren) von geschmolzenem Material aus einer Schmelzvorrichtung oder einem das
geschmolzene Material enthaltenden Zwischenkessel, dadurch gekenn ζ e ichne t, daß ein erster Abgabestrom aus der Schmelzvorrichtung
(3, 4, 5) oder dem Zwischenkessel einem ersten Überlaufsystem (2, 9) zugeführt wird, in dem der Arbeitspegel der Schmelze vermittels Luftdruck in einer dem überlaufsystem
zugeordneten Verbindungskammer (2) geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Regelung der Abgabemenge von geschmolzenem Material, das über einen ersten überlauf
einer Schmelzvorrichtung oder eines Zwischenkessels abfließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgabestrom aus dem ersten
überlauf (9) mit Hilfe eines zweiten Überlaufsystemes (1o)
geregelt wird, das wenigstens eine Austrittsdüse (18) aufweist und in dem der Arbeitspegel der Schmelze pneumatisch
geregelt wird.
Dr.K./H.
-2-
030O36/068S
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum geregelten Abgeben von geschmolzenem Material über einen!
Überlauf aus einer Schmelzvorrichtung oder einem Zwischenkessel, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Material
mit Hilfe eines pneumatischen Hubsystems in den Überlauf geleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Material mit Hilfe eines pneumatischen Hubsystemes
in den ersten Überlauf geleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das pneumatische Hubsystem (Saugsystem) ein Kanal- oder Rohrsystem (25, 3o) aufweist, das in das in der Schmelzvorrichtung
oder im Zwischenkessel befindliche geschmolzene Material eintaucht und an das eine Saugvorrichtung angeschlossen
ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2, 4 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das pneumatisch regelbare Überlaufsystem
mit einer bewegbaren Hubvorrichtung versehen ist, mit der das Überlaufsystem an, gegen oder unter den ersten Auslaß (15)
der Schmelzvorrichtung oder des Zwischenkessels (3, 4, 5) gefahren und in Stellung gebracht wird, so daß per Fernbedienung
ein leichtes Anbringen, Entfernen und Ersetzen des Überlauf sys temes ermöglicht wird.
030036/0685 ~3"
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatisch regelbare überlauf
sys tem (1o) in enge Anlage an die Außenwände (5) des Auslasses (15) des ersten Überlaufs (9) gebracht wird und
daß eine regelbare Dampfentlüftung und/oder eine Belüftung um den ersten Auslaß (15) und über das Überlaufsystem vorgesehen
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 und 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatisch regelbare Überlaufsystem
mit einer Heizvorrichtung (17) ausgestattet wird zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Temperatur für das
geschmolzene Material.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatisch regelbare Überlaufsystem (1o) mit mehreren Austrittsdüsen (18) in aufeinanderfolgenden
Überlaufpegelhöhen versehen ist, um so direkt irgendwelchen Düsenverstopfungen begegnen zu können.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Behandlung von Schmelzen eingesetzt wird für Verfestigungsprozesse von
flüssigen hochradioaktiven Abfällen.
11. Vorrichtung (Dosiervorrichtung) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen
030036/0685
Schmelzkessel oder Zwischenkessel (3, 4r 5) für geschmolzenes
Material mit einem Auslaß (15) für dieses Material, durch
eine Überlauf-Abgabevorrichtung (1o), die unter dem Auslaß
(15) angeordnet ist und eine überlaufkammer (14) aufweist, die mit wenigstens einer Austrittsdüse (18) in Höhe des Über-
i laufpegels (19) (der Überlaufpegel) versehen ist, und ferner
eine Druckkammer (13), die mit einer Druckregelvorrichtung (16, 13) ausgestattet ist und mit der überlaufkammer (14)! in
Verbindung steht.
12« Vorrichtung (Dosiervorrichtung) zum Durchführen des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, gekenn ζ e i chne t
I -
durch einen Schmelzkessel oder Zwischenkessel (3, 4, 5) für
geschmolzenes Material mit einem Über lauf aus laß {15) und |einer
pneumatischen Hubanordnung (21, 22; 25, 26; 3o, 31, 32), die
Kanäle oder Rohre aufweist, die in den Kessel eintauchen und zu oder in den überlaufauslaß (9; 31) führen, und mit einer
Saugvorrichtung, die an das Kanal- oder Rohrsystem angeschlossen ist, durch eine Überlauf-Abgabeeinheit (1o), die mit einer
Heizvorrichtung (17) zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Temperatur versehen ist und eine Überlaufkammer (14) aufweist,
die mit wenigstens einer Austrittsdüse (18) in Höhe des Überlaufpegels
(19) (der Überlaufpegel) ausgestattet ist, und ferner eine Druckkammer (13), die mit einer Druckregelein-
1I
richtung (16) ausgestattet ist und mit der überlaufkammer
(14) in Verbindung steht, wobei die Überlauf-Abgabeeinheit
030036/0686
von einer bewegbaren Hubvorrichtung (11) getragen wird und
von dieser Hubvorrichtung in enge Anlage an den Schmelzkessel oder Zwischenkessel (3/ 4, 5) unter den Überlaufauslaß
(15) fahrbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, Insbesondere zur Durchführung
des Verfahrens gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet
, daß die Überlauf-Abgabeeinheit (1o) mit mehreren Austrittsdüsen (18) an aufeinanderfolgenden überlaufpegeln
(19) der Überlaufkammer (14) versehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schmelz- oder Zwischenkessel (3,4,5) und die Abgabeeinheit (1o) aus feuerfesten und isolierenden
Materialien hergestellt sind.
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